(57)【要約】【課題】  光源の出力を高めたり、光源を大きくしたりすることなく、被照射物体の照野の形状に適合した光束の照度を上げることができるとともに、取り扱いやメンテナンスを容易にする照明装置を提供する。【解決手段】  光源と被照射物体との間に反射手段を設け、この反射手段によって反射された光束を逆向きの光路で光源近傍に戻るようにする。【選択図】      図２
2006344726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられた光束を被照射物体に照射する照明装置であって、
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束によって前記被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束を射出する射出面と、を有するオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータの前記射出面近傍に配置された、または前記被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置された反射手段であって、前記オプティカルインテグレータの前記射出面から射出された光束の一部を通過させる通過部と、残りの光束を反射させる反射部とを有する反射手段と、を含み、かつ、
前記反射手段の前記通過部を透過した光束が、前記被照射物体へ導かれ、前記被照射物体上に前記照野を形成するとともに、
前記反射手段によって反射された光束が、前記オプティカルインテグレータの前記入射面と、前記集光光学系とを介して前記光源近傍に至ることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
光源から発せられた光束を被照射物体に照射する照明装置であって、
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光束を、第１の直線偏光成分の第１偏光光束と、前記第１偏光光束に対して直交する第２の直線偏光成分の第２偏光光束と、に分離する偏光手段と、
前記第２偏光光束を反射する反射手段であって、前記被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置された反射手段と、を含み、かつ、
前記第１偏光光束が、前記被照射物体へ導かれ、前記被照射物体上の前記照野を形成するとともに、
前記反射手段によって反射された前記第２偏光光束が、前記集光光学系を介して前記光源近傍に至ることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
光源から発せられた光束を被照射物体に照射する照明装置であって、
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光束の一部を通過させる通過部と、残りの光束を反射させる反射部とを有する反射手段と、
前記反射手段の前記通過部を通過した光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束によって前記被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束を射出する射出面と、を有するオプティカルインテグレータと、を含み、
前記オプティカルインテグレータの前記射出面から射出された光束が、前記被照射物体へ導かれ、前記被照射物体上に前記照野を形成するとともに、
前記反射手段によって反射された光束が、前記集光光学系を介して前記光源近傍に至ることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
前記反射手段は、前記被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置されている請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記集光光学系によって集光された光束を前記オプティカルインテグレータに導くリレー光学系を含む請求項１又は３記載の照明装置。
【請求項６】
前記集光光学系によって集光された光束を前記偏光手段に導くリレー光学系を含む請求項２記載の照明装置。
【請求項７】
前記集光光学系は、前記光源から発せられた光束を反射させる反射面を有し、かつ、
前記反射面によって反射された光束を、前記オプティカルインテグレータの前記入射面に、または前記偏光手段に、もしくは前記リレー光学系に、集光させ、かつ、
前記反射手段によって反射された光束を、前記反射面によって反射し、前記光源近傍に至らしめる楕円鏡を含む請求項１〜５記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明装置、特に液晶パネル用の液晶基板、プリント配線基板、半導体素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造するための露光に好ましい照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の露光装置における照明装置は、光源から射出された光束を、楕円鏡等の集光光学系によって集光させ、さらに、その光束をオプティカルインテグレータによって均一化して、各種の基板等の被照射物体に照射していた。
【特許文献１】特開２００２−２５８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した基板等の被照射物体は、年々大きくなりつつあり、一回の照射で照射すべき領域の面積は次第に広くなりつつある。しかし、広い面積を照射するように光束を広げた場合には、照度が低下し、一回の照射に要する時間を長くせざるを得なかった。
【０００４】
このような問題に対応するために、光源の出力を高めたり、光源の数を増やしたりする手法もあるが、この場合には照明装置を大きくせざるを得ず、照明装置の設置や移動等の取り扱いが煩雑になった。また、出力を高めた光源は寿命も短くなる傾向があり、光源を交換する作業も要した。
【０００５】
さらに、被照射物体の照野の形状が細長いものになった場合には、光源から発せられた光束の全てを照野に照射できないため、無駄が生じていた。
【０００６】
さらにまた、近年では、被照射物体に偏光を照射したいという要求もある。しかし、光源から発せられた光を偏光に変換した場合には、光源から発せられた光束の全てを照射することができないため、照射する光束の照度が十分でなくなるという問題が生じた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光源の出力を高めたり、光源を大きくすることなく、被照射物体の照野の形状に適合した光束の照度を上げることができるとともに、取り扱いやメンテナンスを容易にする照明装置を提供することにある。
【０００８】
以上のような目的を達成するために、本発明においては、光源と被照射物体との間に反射手段を設け、この反射手段によって反射された光束を逆向きの光路で光源の近傍に戻るようにする。
【０００９】
具体的には、本発明に係る照明装置は、
光源から発せられた光束を被照射物体に照射する照明装置であって、
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束によって前記被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束を射出する射出面と、を有するオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータの前記射出面近傍に配置された、または前記被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置された反射手段であって、前記オプティカルインテグレータの前記射出面から射出された光束の一部を通過させる通過部と、残りの光束を反射させる反射部とを有する反射手段と、を含み、かつ、
前記反射手段の前記通過部を透過した光束が、前記被照射物体へ導かれ、前記被照射物体上に照野を形成するとともに、
前記反射手段によって反射された光束が、前記オプティカルインテグレータの前記入射面と、前記集光光学系とを介して前記光源近傍に至ることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る照明装置は、光源から発せられた光束を被照射物体に照射するものであり、集光光学系と、オプティカルインテグレータと、反射手段と、を含む。本明細書においては、「光束」とは、光源から発せられて被照射物体に至る光線の集まりや、光線の束をいう。また、光源から発せられて被照射物体に至る光線とは、最終的に被照射物体に至ればよく、光源と被照射物体との間で、少なくとも１回以上往復するような場合も含まれる。
【００１１】
集光光学系は、光源から発せられた光束を集光する。集光光学系は、光源から発せられた光束を、後述するオプティカルインテグレータの入射面に導くものが好ましい。特に、集光光学系は、反射面が回転楕円面を有する楕円鏡がより好ましい。
【００１２】
オプティカルインテグレータは、入射面と射出面とを有する。入射面には、集光光学系によって集光された光束が入射する。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって被照射物体上に形成される照野を均一に照明するためのものである。オプティカルインテグレータの射出面からは、被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束が射出される。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって照野を均一に照明できるものであればよい。例えば、オプティカルインテグレータとして、ロッドを用いることが好ましい。オプティカルインテグレータを用いることで、照度にむらがない均一の光束を射出面から射出し、被照射物体に照射することができる。
【００１３】
反射手段は、上述したオプティカルインテグレータの射出面近傍に配置されている。なお、「射出面近傍に配置されている」とは、反射手段が、オプティカルインテグレータと一体になって射出面に形成されている場合も、オプティカルインテグレータと別体になって、射出面に密接するように設けられているような場合、または射出面の近くに設けられている場合も含む。なお、「射出面の近傍」とは、オプティカルインテグレータの射出面から約５ｍｍ程度までの離隔した位置に、反射手段が配置されていることをいう。
【００１４】
また、この反射手段を、被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置してもよい。なお、共役な位置とは、２つの位置が、互いに物体と像との関係にある位置をいう。例えば、被照射物体上に形成される照野が像の位置であるとした場合に、反射手段が配置される位置が物体の位置になるように、反射手段を配置すればよい。また、光学系によっては共役な位置が複数あるような場合には、そのいずれの位置に反射手段を配置してもよい。また、「ほぼ共役」とは、実質的に物体と像との関係を満たす位置にあると認められることをいう。例えば、共役な位置に対して±２０ｍｍの範囲に含まれる位置をいう。
【００１５】
この反射手段は、通過部と反射部とを有する。通過部は、オプティカルインテグレータの射出面から射出された光束の一部を通過させる。反射部は、通過部から通過しなかった残りの光束を反射させる。なお、ここで、「通過」とは、光束が、反射手段の通過部を通り抜けることができればよいことを意味し、通過部の媒質の種類によらず、光束が通過できればよい。すなわち、通過部は、光束が通り抜けることができる媒質（空気等の気体も含む。）からできていればよい。
【００１６】
反射手段の通過部を透過した光束を、被照射物体へ導き、被照射物体上に照野を形成させる。光束を被照射物体へ導くのは、オプティカルインテグレータの射出面が被照射物体と向き合って、反射部を通過した光束が直接被照射物体に照射される場合のみならず、何らかの光学素子等から構成され、反射部を通過した光束を導く導光手段によって、反射部を通過した光束が被照射物体に照射される場合も含む。
【００１７】
一方、反射手段によって反射された光束を、オプティカルインテグレータの入射面と、集光光学系とを介して光源近傍に至らしめる。反射手段によって反射された光束が、光源近傍に至るのは、オプティカルインテグレータの入射面と、集光光学系とを介した光路であれば、いかなる光路を辿ってもよい。反射手段によって反射された光束を、上述した集光光学系によって光源近傍に集光させることで、光源近傍に至らしめるものが好ましい。
【００１８】
なお、本明細書では、「光源近傍」とは、光源と光源の周囲の所定の範囲とを含む。本発明に係る照明装置では、反射手段によって反射された光束は、オプティカルインテグレータの入射面を介して集光光学系に至る。集光光学系に至った光束は、集光光学系によって反射され、反射された光束は、再び集光光学系によって反射されて、オプティカルインテグレータの入射面に入射する。すなわち、反射手段によって反射された光束は、集光光学系によって少なくとも２回反射されて、再び、オプティカルインテグレータの入射面に入射する。このとき、反射手段によって反射された光束は、集光光学系によって反射されてから、次に、集光光学系によって反射されるまでの間に、光源の近くを通過する。このように、「光源近傍」とは、反射手段によって反射された光束が、集光光学系によって少なくとも２回反射されて、再び、オプティカルインテグレータの入射面に入射できる程度に、光束が光源の近くを通過する範囲をいう。
【００１９】
また、「光源近傍に至る」とは、集光光学系によって反射された光束によって、「光源近傍」に二次的な光源像を形成し、この二次的な光源像によって照野を照明できる程度に、光束が光源近傍に到達することをいう。
【００２０】
したがって、上述した集光光学系は、まず、光源から発せられた光束をオプティカルインテグレータの入射面に導くとともに、これに加えて、反射手段によって反射された光束を光源近傍に集光させるものが好ましい。
【００２１】
このようにしたことにより、光源の出力を高めたり、光源を大きくしたりする等の光源に変更を加えることなく、被照射物体の照野に、照度が均一でかつ大きい光束を照射することができる。特に、被照射物体の照野の形状が円形でないような場合、例えば矩形のような場合でも、光源に変更を加えることなく、照射する光束の照度を上げることができる。
【００２２】
また、光源を大型化することなく照度を上げることができるので、照明装置の設置や移動等の取り扱いを容易にすることができる。また、光源の出力を高めることなく照度を上げることができるので、光源の寿命を延ばすこともでき、交換等のメンテナンスも軽減することができる。
【００２３】
さらに、被照射物体の照野に照射する光束の照度が低くてもよい場合には、光源の出力を低く抑えることができる。この場合には、光源に要する消費電力を抑えることができるので、ランニングコストを低くすることもできる。さらに、このような場合には、光源から発せられる熱を少なくすることもでき、光源の寿命を長くすることもできる。
【００２４】
さらに、本発明に係る照明装置は、
光源から発せられた光束を被照射物体に照射する照明装置であって、
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光束を、第１の直線偏光成分の第１偏光光束と、前記第１偏光光束に対して直交する第２の直線偏光成分の第２偏光光束と、に分離する偏光手段と、
前記第２偏光光束を反射する反射手段であって、前記被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置された反射手段と、を含み、かつ、
前記第１偏光光束が、前記被照射物体へ導かれ、前記被照射物体上の前記照野を形成するとともに、
前記反射手段によって反射された前記第２偏光光束が、前記集光光学系を介して前記光源近傍に至ることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る照明装置は、光源から発せられた光束を被照射物体に照射するものであり、集光光学系と、偏光手段と、反射手段と、を含む。
【００２６】
集光光学系は、光源から発せられた光束を集光する。集光光学系は、光源から発せられた光束を集光して、後述する偏光手段に導くものが好ましい。特に、集光光学系は、反射面が回転楕円面を有する楕円鏡がより好ましい。
【００２７】
偏光手段は、集光光学系によって集光された光束を、第１の直線偏光成分の第１偏光光束と、第２の直線偏光成分の第２偏光光束と、に分離する。第２偏光光束は、第１偏光光束に対して直交する。第１偏光光束は、偏光手段を通過する成分の光束であり、被照射物体の照野に照射される。第２偏光光束は、偏光手段によって反射される成分の光束であり、後述する反射手段に至り、反射手段によって反射される。したがって、偏光手段は、第１偏光光束を通過させ、かつ、第２偏光光束を反射するように、第１偏光光束と第２偏光光束とに分離するものが好ましい。さらに、第１偏光光束は、Ｐ偏光の光束であり、第２偏光光束は、Ｓ偏光の光束であるものがより好ましい。
【００２８】
反射手段は、第２偏光光束を反射する。上述したように、第２偏光光束は、偏光手段によって反射される成分の光束である。反射手段は、第２偏光光束を反射し、反射した光束を偏光手段に至らしめる。また、反射手段は、被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置される。具体的には、偏光手段から反射手段までの距離が、偏光手段から被照射物体までの距離に適合するようにすればよい。特に、偏光手段から反射手段までの距離が、偏光手段から被照射物体までの距離と一致するように、反射手段を配置するのが好ましい。
【００２９】
この反射手段の形状は、射出瞳の位置が無限遠にある場合、すなわち、像側テレセントリックな場合には、平面であるものが望ましい。また、射出瞳の位置が無限遠でない場合には、射出瞳に曲率中心を有する曲面、例えば球面が望ましい。
【００３０】
第１偏光光束を、被照射物体へ導き、被照射物体上に照野を形成させる。上述したように、第１偏光光束は、偏光手段を通過した成分の光束であり、被照射物体に至ることができる。偏光手段を通過した第１偏光光束が直接被照射物体に照射される場合のみならず、何らかの光学素子等から構成され、偏光手段を通過した第１偏光光束を導く導光手段によって、偏光手段を通過した第１偏光光束が被照射物体に照射される場合も含む。
【００３１】
一方、反射手段によって反射された第２偏光光束を、集光光学系を介して光源近傍に至らしめる。反射手段によって反射された第２偏光光束が、光源近傍に至るのは、集光光学系を介した光路であれば、いかなる光路を辿ってもよい。反射手段によって反射された第２偏光光束を、上述した集光光学系によって光源近傍に集光させることで、光源近傍に至らしめるものが好ましい。
【００３２】
したがって、上述した集光光学系は、光源から発せられた光束を偏光手段に導くとともに、反射手段によって反射された第２偏光光束を光源近傍に集光させるものが好ましい。
【００３３】
ここで、「光源近傍」とは、光源と光源の周囲の所定の範囲とを含む。本発明に係る照明装置では、反射手段によって反射された光束は、集光光学系に至る。集光光学系に至った光束は、集光光学系によって反射され、反射された光束は、再び集光光学系によって反射されて、反射手段に向かうように導かれる。すなわち、反射手段によって反射された光束は、集光光学系によって少なくとも２回反射されて、再び、反射手段に向かう。このとき、反射手段によって反射された光束は、集光光学系によって反射されてから、次に、集光光学系によって反射されるまでの間に、光源の近くを通過する。このように、「光源近傍」とは、反射手段によって反射された光束が、集光光学系によって少なくとも２回反射されて、再び、反射手段に向かって導かれる程度に、光束が光源の近くを通過する範囲をいう。
【００３４】
また、本発明に係る照明装置は、光学リターダーをさらに含むものが好ましい。この光学リターダーは、所定方向の直線偏光の位相を所定の角度ωだけ遅らせる。この角度ωは、光学リターダーを２回通過させることにより、第２偏光光束を第１偏光光束に最も多く変換できるものを選択するのが好ましい。なお、第２偏光光束の大部分が、実質的に第１偏光光束に変換されれば望ましい。また、変換後に第１の直線偏光成分でない楕円偏光が含まれていても、第１の直線偏光成分とみなせるものに変換されればよい。反射手段によって反射された第２偏光光束は、光源近傍に戻るときに、光学リターダーを１回通過し、光源近傍に戻った第２偏光光束であった光束は、集光光学系によって集光された後、光学リターダーを再び通過する。このように、反射手段によって反射された第２偏光光束は、光学リターダーを２回通過する。この２回の通過によって、第２偏光光束の大部分が第１偏光光束へ変換されるので、第２偏光光束であった光束も、上述した偏光手段を通過させて被照射物体に照射させることができ、被照射物体に照射される光束の照度を向上させることができる。
【００３５】
上述した光学リターダーの１つの例として、λ／４波長板がある。λ／４波長板は、直線偏光の位相をπ／２回転させるものであり、光束がλ／４波長板を２回通過したときに、第２偏光光束が第１偏光光束に最も変換できる場合に、λ／４波長板を用いることができる。
【００３６】
このようにしたことにより、光源の出力を高めたり、光源を大きくしたりする等の光源に変更を加えることなく、被照射物体の照野に、照度が均一でかつ大きい光束を照射することができる。特に、偏光手段によって分離された第２偏光光束を有効に活用することができ、第１偏光光束に加えて、この第２偏光光束をも第１偏光光束に変換して被照射物体の照野に照射するので、光源に変更を加えることなく、被照射物体の照野に照射する光束の照度を上げることができる。さらに、第２偏光光束を熱に変換する必要もなくなり、放熱を考慮する必要もなくなるので、効率よく被照射物体の照野を照明することができるとともに、放熱のための装置を省くことができ、装置を簡素にすることもできる。
【００３７】
また、光源を大型化することなく照度を上げることができるので、照明装置の設置や移動等の取り扱いを容易にすることができる。また、光源の出力を高めることなく照度を上げることができるので、光源の寿命を延ばすこともでき、交換等のメンテナンスも軽減することができる。
【００３８】
さらに、被照射物体の照野に照射する光束の照度が低くてもよい場合には、光源の出力を低く抑えることができる。この場合には、光源に要する消費電力を抑えることができるので、ランニングコストを低くすることもできる。さらに、このような場合には、光源から発せられる熱を少なくすることもでき、光源の寿命を長くすることもできる。
【００３９】
さらにまた、本発明に係る照明装置は、
光源から発せられた光束を被照射物体に照射する照明装置であって、
前記光源から発せられた光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光束の一部を通過させる通過部と、残りの光束を反射させる反射部とを有する反射手段と、
前記反射手段の前記通過部を通過した光束が入射する入射面と、前記入射面に入射された光束によって前記被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束を射出する射出面と、を有するオプティカルインテグレータと、を含み、
前記オプティカルインテグレータの前記射出面から射出された光束が、前記被照射物体へ導かれ、前記被照射物体上に前記照野を形成するとともに、
前記反射手段によって反射された光束が、前記集光光学系を介して前記光源近傍に至ることを特徴とする。
【００４０】
本発明に係る照明装置は、光源から発せられた光束を被照射物体に照射するものであり、集光光学系と、オプティカルインテグレータと、反射手段と、を含む。
【００４１】
集光光学系は、光源から発せられた光束を集光する。集光光学系は、光源から発せられた光束を、後述する反射手段に導くものが好ましい。特に、集光光学系は、反射面が回転楕円面を有する楕円鏡がより好ましい。
【００４２】
反射手段は、集光光学系と後述するオプティカルインテグレータとの間に配置されている。特に、オプティカルインテグレータの入射面に配置されているものが好ましい。なお、「入射面に配置されている」とは、反射手段が、オプティカルインテグレータと一体になって入射面に形成されている場合も、オプティカルインテグレータと別体になって、入射面に密接するように設けられているような場合、または入射面の近くに設けられている場合も含む。なお、「入射面の近傍」とは、入射面から約５ｍｍ程度までの離隔した位置に、反射手段が配置されていることをいう。この反射手段は、オプティカルインテグレータの入射面に入射しない光束を反射する。
【００４３】
また、反射手段は、通過部と反射部とを有するものが好ましい。通過部は、集光光学系によって集光された光束の一部を通過させる。通過部を通過した光束は、オプティカルインテグレータの入射面に入射する。反射部は、通過部から通過しなかった残りの光束を反射させる。なお、ここで、「通過」とは、光束が、反射手段の通過部を通り抜けることができればよいことを意味し、通過部の媒質の種類によらず、光束が通過できればよい。すなわち、通過部は、光束が通り抜けることができる媒質（空気等の気体も含む。）からできていればよい。
【００４４】
オプティカルインテグレータは、入射面と射出面とを有する。入射面には、反射手段の通過部を通過した光束が入射する。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって被照射物体上に形成される照野を均一に照明するためのものである。オプティカルインテグレータの射出面からは、被照射物体上に形成される照野を均一に照明するための光束が射出される。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって照野を均一に照明できるものであればよい。例えば、オプティカルインテグレータとして、ロッドや、フライアイを用いることが好ましい。オプティカルインテグレータを用いることで、照度にむらがない均一の光束を射出面から射出し、被照射物体に照射することができる。
【００４５】
オプティカルインテグレータの射出面から射出された光束を、被照射物体へ導き、被照射物体上に照野を形成させる。一方、反射手段によって反射された光束を、集光光学系を介して光源近傍に至らしめる。反射手段によって反射された光束が、光源近傍に至るのは、集光光学系を介した光路であれば、いかなる光路を辿ってもよい。反射手段によって反射された光束を、上述した集光光学系によって光源近傍に集光させることで、光源近傍に至らしめるものが好ましい。
【００４６】
ここで、「光源近傍」とは、光源と光源の周囲の所定の範囲とを含む。本発明に係る照明装置では、反射手段によって反射された光束は、集光光学系に至る。集光光学系に至った光束は、集光光学系によって反射され、反射された光束は、再び集光光学系によって反射されて、反射手段に向かうように導かれる。すなわち、反射手段によって反射された光束は、集光光学系によって少なくとも２回反射されて、再び、反射手段に向かう。このとき、反射手段によって反射された光束は、集光光学系によって反射されてから、次に、集光光学系によって反射されるまでの間に、光源の近くを通過する。このように、「光源近傍」とは、反射手段によって反射された光束が、集光光学系によって少なくとも２回反射されて、再び、反射手段に向かって導かれる程度に、光束が光源の近くを通過する範囲をいう。
【００４７】
また、「光源近傍に至る」とは、集光光学系によって反射された光束によって、「光源近傍」に二次的な光源像を形成し、この二次的な光源像によって照野を照明できる程度に、光束が光源近傍に到達することをいう。
【００４８】
したがって、上述した集光光学系は、光源から発せられた光束を反射手段に導くとともに、これに加えて、反射手段によって反射された光束を光源近傍に集光させるものが好ましい。
【００４９】
このようにしたことにより、光源の出力を高めたり、光源を大きくしたりする等の光源に変更を加えることなく、被照射物体の照野に、照度が均一でかつ大きい光束を照射することができる。
【００５０】
また、光源を大型化することなく照度を上げることができるので、照明装置の設置や移動等の取り扱いを容易にすることができる。また、光源の出力を高めることなく照度を上げることができるので、光源の寿命を延ばすこともでき、交換等のメンテナンスも軽減することができる。
【００５１】
さらに、被照射物体の照野に照射する光束の照度が低くてもよい場合には、光源の出力を低く抑えることができる。この場合には、光源に要する消費電力を抑えることができるので、ランニングコストを低くすることもできる。さらに、このような場合には、光源から発せられる熱を少なくすることもでき、光源の寿命を長くすることもできる。
【００５２】
さらに、前記反射手段は、前記被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置されているものが好ましい。すなわち、この場合には、反射手段は、集光光学系とオプティカルインテグレータとの間の位置であり、かつ、被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置されている。特に、この場合には、オプティカルインテグレータは、フライアイであるのが好ましい。
【００５３】
共役な位置とは、２つの位置が、互いに物体と像との関係にある位置をいう。例えば、反射手段が物体の位置であるとした場合に、被照射物体が配置される位置が像の位置になるように、被照射物体を配置すればよい。また、光学系によっては共役な位置が複数あるような場合には、そのいずれの位置に被照射物体を配置してもよい。また、「ほぼ共役」とは、実質的に物体と像との関係を満たす位置にあると認められることをいう。
【００５４】
反射手段を共役の位置に配置することで、透過させる光束と、反射させる光束とを的確に分離することができ、被照射物体の照野に適合した光束にすることができる。
【００５５】
前記集光光学系によって集光された光束を前記オプティカルインテグレータに導くリレー光学系を含むものが好ましい。すなわち、リレー光学系は、集光光学系とオプティカルインテグレータとの間に配置され、集光光学系によって集光された光束をオプティカルインテグレータに導く。
【００５６】
このようにすることで、オプティカルインテグレータに入射させる光束を適切に変換して、オプティカルインテグレータに入射させることができる。
【００５７】
前記集光光学系によって集光された光束を前記偏光手段に導くリレー光学系を含むものが好ましい。すなわち、リレー光学系は、集光光学系とオプティカルインテグレータとの間に配置され、集光光学系によって集光された光束を偏光手段に導く。
【００５８】
このようにすることで、偏光手段に入射させる光束を適切に変換して、偏光手段に入射させることができる。
【００５９】
また、前記集光光学系は、前記光源から発せられた光束を反射させる反射面を有し、かつ、
前記反射面によって反射された光束を、前記オプティカルインテグレータの前記入射面に、または前記偏光手段に、もしくは前記リレー光学系に、集光させ、かつ、
前記反射手段によって反射された光束を、前記反射面によって反射し、前記光源近傍に至らしめる楕円鏡を含むものが好ましい。
【００６０】
集光光学系は、楕円鏡を含むものが好ましい。この楕円鏡は、光源から発せられた光束を反射させる反射面を有する。楕円鏡は、反射面によって反射された光束をオプティカルインテグレータの入射面、または偏光手段に、もしくは前記リレー光学系に集光させる。さらに、楕円鏡は、反射手段によって反射された光束を、反射面によって反射して光源の近傍に集光させて至らしめる。
【００６１】
このようにすることで、光源から発せられた光束を活用して、無駄なく被照射物体に照射することができ、被照射物体に照射する光束の照度を上げることができる。
【発明の効果】
【００６２】
光源の出力を高めたり、光源を大きくしたりすることなく、被照射物体の照野の形状に適合した光束の照度を高めることができるとともに、取り扱いやメンテナンスを容易にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
＜＜＜第１の実施の形態＞＞＞
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の照明装置１０の概略を示す図である。
【００６４】
後述する発光体２１０から発せられる光束のうち１つの光線の光路について示した。
【００６５】
照明装置１０は、ランプハウス２０と導光部３０とを有する。ランプハウス２０と導光部３０とは、載置台５０に載置され、発光体２１０から発せられた光束が、被照射物体４０に照射されるように配置されている。
【００６６】
＜＜光源＞＞
光源は、発光体２１０からなる。この発光体２１０は、所望する波長の光束を発するものを用いる。例えば、水銀ランプ等の短い波長の紫外線を発するものを用いることができる。発光体２１０のバルブ内には、発光物質である水銀と、陽極（図示せず）と陰極（図示せず）との２つの電極が封入されている。この陰極と陽極とは、対向して配置されている。各電極は金属導体（図示せず）に電気的に接続されており、陰極と陽極との間でアーク放電が形成される。
【００６７】
発光体２１０の一方の口金２１２ａは、後述する楕円鏡２２０の外側に設けられた支持部材（図示せず）に固定されている。また、他方の口金２１２ｂは、図示しない電源ケ−ブルに接続されている。発光体２１０は、これらの口金を介して両電極に所定の電圧が引加されることにより放電する。なお、電源ケ−ブルは、径が小さく、発光体２１０から発せられる光束を妨げることはない。
【００６８】
陽極と陰極との間でアーク放電を起こすと、アーク柱と呼ばれる放電部分から強い発光を生じる。このアーク柱から放射される光束は、四方に広がる発散光である。
【００６９】
＜＜集光光学系＞＞
集光光学系は、光源から発せられた光束を集光する。
【００７０】
＜楕円鏡２２０＞
集光光学系は、楕円鏡２２０からなる。楕円鏡２２０は、反射面２２２を有し、楕円鏡２２０は、反射面２２２の形状を回転楕円面とした反射鏡である。上述したように、発光体２１０から発せられる光束は、四方に広がる発散光であるため、発光体２１０からの発散光を被照射物体４０に直接照射した場合には、被照射物体４０上の照野に照射する光束の照度が不足する。このため、発光体２１０から発せられた光束を一旦集光することによって、被照射物体４０上の照野に照射する光束の照度を上げることができる。このようにすることで、発光体２１０から発せられた光束の利用効率を高めることができる。
【００７１】
上述したように、本発明に係る照明装置では、集光光学系に楕円鏡２２０を使用する。楕円鏡２２０は、第１の焦点と第２の焦点との２つの焦点を有し、発光体２１０は、発光体２１０のアーク部分が楕円鏡２２０の第１の焦点に位置するように、支持部材（図示せず）によって支持されている。このようにすることで、発光体２１０から発せられた光束は、楕円鏡２２０の反射面２２２で反射して第２の焦点に集光される。
【００７２】
＜反射ミラー２３０＞
反射ミラー２３０は、楕円鏡２２０の上方に配置されている。反射ミラー２３０は、発光体２１０から発せられた光束の進行方向を変更するためのものであり、発光体２１０から発せられた光束を、後述するオプティカルインテグレータの入射面に導くためのものである。従って、発光体２１０や後述するオプティカルインテグレータの配置に応じて、反射ミラー２３０を、省略したり、配置する位置や角度を適宜変更したりしてもよい。
【００７３】
＜＜オプティカルインテグレータ＞＞
オプティカルインテグレータは、入射面と射出面とを有する。入射面には、集光光学系によって集光された光束が入射する。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するためのものである。オプティカルインテグレータの射出面からは、被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するための光束が射出される。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって照野を均一に照明できるものであればよい。
【００７４】
オプティカルインテグレータは、オプティカルインテグレータの光源像共役面が、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に、又は第２の焦点と共役な点に、位置するように配置される。本実施の形態では、上述したように、反射ミラー２３０を設けた構成としているので、オプティカルインテグレータは、オプティカルインテグレータの光源像共役面が、反射ミラー２３０を介して、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に、又は第２の焦点と共役な点に、位置するように配置されている。
【００７５】
なお、楕円鏡２２０とオプティカルインテグレータとの間に、リレー光学系（図示せず）を設けてもよい。このような構成とした場合には、リレー光学系によって、楕円鏡２２０の第２焦点の位置が、オプティカルインテグレータの照野共役面にリレーされるようにすればよい。さらに、光源共役の関係に着目した場合には、後述するロッドを用いたときには、光源共役面が、ロッドの入射面になるように、リレー光学系を構成して配置すればよい。また、フライアイのときには、光源共役面が、フライアイの射出面になるように、リレー光学系を構成して配置すればよい。このようなリレー光学系を設けることによって、反射ミラー２３０により集光された光束を適切な光束に変換してオプティカルインテグレータに入射させることができる。
【００７６】
このようにオプティカルインテグレータを配置したことにより、発光体２１０から発せられた光束を、楕円鏡２２０の反射面２２２によって、オプティカルインテグレータの光源像共役面に集光させることができる。また、オプティカルインテグレータを上述したような配置にしたことによって、後述する第１の反射手段２４６又は第２の反射手段２５０により反射されて、オプティカルインテグレータの入射面から射出された光束を、楕円鏡２２０の反射面２２２によって、発光体２１０近傍に集光させることができる。さらに、後述する第３の反射手段２６６又は第４の反射手段２７６によって反射された光束を、楕円鏡２２０の反射面２２２によって、発光体２１０近傍に集光させることができる。
【００７７】
オプティカルインテグレータは、被照射物体４０の照野に均一な照度の光を照射するために用いられる。さらに、発光体２１０に色むらがある場合や、発光体２１０のアークにちらつきがある場合でも、被照射物体４０の照野における色むらやちらつきを低下させることができる。
【００７８】
オプティカルインテグレータには、例えば、後述するように、ロッドや、フライアイがある。
【００７９】
＜ロッド＞
ロッドは、被照射物体４０の照野の形状に適合させた断面形状を有するガラスロッドである。例えば、被照射物体４０の照野の形状が矩形の場合には、その矩形に応じた断面形状を有するロッドが用いられる。
【００８０】
ロッドは、入射した光束の角度成分を内部で混ぜ合わせ、ロッドの射出面で照度が均一化される。さらに、ロッドは、色むら、ちらつきなどを低減することもできる。
【００８１】
また、ロッドは、光束の断面を変換する。例えば、発光体２１０から発せられる光束の場合には、光束の進行方向に対して垂直な断面における形状は、ほぼ円形状であり、この断面形状を有する光束が、ロッドに入射される。ロッドの断面が矩形である場合には、ロッドの射出面から射出される光束は、その断面の形状は矩形となる。
【００８２】
なお、ロッドを用いた例については、後で詳述する。
【００８３】
＜フライアイ＞
フライアイは、複数の単レンズが並列に配置されたレンズアレイである。単レンズの各々は、リレーコンデンサー系を縮小したものであり、フライアイは、リレーコンデンサー系が複数個並置されたものである。このフライアイが、射出された光束を被照射物体４０の照野に照射することで、照野における照度を均一にすることができる。
【００８４】
なお、フライアイを用いた例については、後で詳述する。
【００８５】
＜＜反射手段＞＞
＜第１の反射手段２４６＞
［第１の反射手段２４６の構成］
図３は、第１の反射手段２４６の例（ｂ）と、この第１の反射手段２４６に用いるロッド２４０の例（ａ）を示す図である。
【００８６】
この第１の反射手段２４６に用いるロッド２４０は、光束の進行方向に沿って長尺な形状を有するともに、その長手方向に対して垂直な断面は、６つの側面２４８ａ〜２４８ｆから構成される六角形である。
【００８７】
ロッド２４０は、発光体２１０から発せられた光束が入射する入射面２４２と、ロッド２４０の内部で均一化された光束が射出される射出面２４４とを有する。
【００８８】
ロッド２４０の入射面２４２には、発光体２１０から発せられた光束の全体が入射される。このとき、ロッド２４０の入射面２４２において、入射した光束の形状は、ほぼ円形である。このため、ロッド２４０の断面形状を円形に近いものにし、かつ、ロッド２４０の製造を容易にするために、断面形状を六角形にしたロッドを用いるのが望ましい。断面形状が六角形のロッドを用いることで、エネルギーロスを少なくすることができる。
【００８９】
図３（ｂ）に示すように、射出面２４４には、第１の反射手段２４６が形成されている。この第１の反射手段２４６は、反射部２４６ａ及び２４６ｂと、通過部２４６ｃと、を有する。なお、図３（ｂ）に示した例では、反射部２４６ａ及び２４６ｂと、通過部２４６ｃとを明確に区別して示すために、反射部２４６ａ及び２４６ｂに斜線を付して示した。
【００９０】
後述するように、反射部２４６ａと２４６ｂとは、射出面２４４から射出された光束を反射させて、再び、ロッド２４０に戻す。通過部２４６ｃは、射出面２４４から射出された光束を通過させる。
【００９１】
通過部２４６ｃの形状は、扁平な六角形をしており、被照射物体４０の照野の形状に適合するように定められた形状である。なお、被照射物体４０の照野の形状が矩形である場合には、通過部２４６ｃの形状も矩形にするのが最も好ましいが、この第１の実施の形態では、第１の反射手段２４６の形成を簡便にするため、通過部２４６ｃの形状を扁平な六角形とした。
【００９２】
反射部２４６ａと２４６ｂとの形状は、通過部２４６ｃの形状によって定められる。反射部２４６ａと２４６ｂとを形成する材料は、光束を反射するものであればよく、特に、反射率が高く、かつ、熱によって反射率等が変化しにくいものが好ましい。例えば、クロムやアルミ等の金属を、特に、望ましいのは誘電体を、射出面２４４に蒸着することによって、反射部２４６ａと２４６ｂとを形成することができる。誘電体を用いた場合には、光束の吸収を少なくして熱の発生を抑えることができる。
【００９３】
通過部２４６ｃを通過した光束は、被照射物体４０に向かって進む。
【００９４】
反射部２４６ａ又は２４６ｂによって反射された光束は、再びロッド２４０の内部を通過して、入射面２４２から射出される。
【００９５】
［第１の反射手段２４６による光束の経路］
以下では、光束が辿る経路を図２を用いて説明する。なお、図２に示した光路は、発光体２１０から発せられ光束のうちの代表的な１つの光線について示したものである。図２では、発光体２１０から発せられて反射部２４６ａと２４６ｂとに至るまでの光路を実線Ｐ１〜Ｐ５で示し、反射部２４６ａ又は２４６ｂによって反射されて戻る光路を破線Ｒ１〜Ｒ６で示した。
【００９６】
この第１の反射手段２４６を用いるときには、ロッド２４０は、ロッド２４０の光源像共役面が、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に位置するように配置される。なお、ロッド２４０の光源像共役面が、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点と共役な点に位置するように、ロッド２４０を配置してもよい。本実施の形態では、上述したように、反射ミラー２３０を設けた構成としているので、ロッド２４０は、ロッド２４０の光源像共役面が、反射ミラー２３０を介して、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に位置するように配置されている。
【００９７】
なお、楕円鏡２２０とロッド２４０との間に、リレー光学系（図示せず）を設けた構成としてもよい。この場合には、リレー光学系によって、楕円鏡２２０の第２焦点の位置が、ロッド２４０の照野共役面にリレーされるようにすればよい。さらに、光源共役の関係に着目した場合には、光源共役面が、ロッド２４０の入射面になるように、リレー光学系を構成して配置すればよい。このようなリレー光学系は、反射ミラー２３０によって集光された光束を、ロッド２４０に入射させるのに、適切な光束に変換する。
【００９８】
まず、発光体２１０のアーク部分から発せられた光束は、光路Ｐ１に示すように、楕円鏡２２０の反射面２２２に到達する。光束は、反射面２２２によって反射されて、光路Ｐ２に示すように、反射ミラー２３０に至る。光束は、反射ミラー２３０によって反射されて、光路Ｐ３に示すように、ロッド２４０の入射面２４２に到達し、ロッド２４０の内部に進入する。ロッド２４０の内部では、光路Ｐ４及びＰ５に示すように、６つの側面２４８ａ〜２４８ｆによって反射しながら均一化されてロッド２４０の射出面２４４に向かって進む。ロッド２４０は、ロッド２４０の内部に進入した光束によって、被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するためのものである。ロッド２４０の射出面２４４からは、このような光束が射出される。
【００９９】
ロッド２４０の射出面２４４において、通過部２４６ｃに至った光束Ｓ１及びＳ２は、通過して被照射物体４０に向かって進む。一方、反射部２４６ａ又は２４６ｂに至った光束は、反射部２４６ａ又は２４６ｂによって反射されて、光路Ｒ１及びＲ２に示すように、６つの側面２４８ａ〜２４８ｆによって反射しながらロッド２４０の入射面２４２に向かってロッド２４０の内部を進む。入射面２４２に至った光束は、入射面２４２から射出されて、反射ミラー２３０に至る。光束は、反射ミラー２３０によって反射されて、光路Ｒ３に示すように、楕円鏡２２０の反射面２２２に向かって進む。反射面２２２に到達した光束は、反射面２２２によって反射されて、光路Ｒ４に示すように、発光体２１０のアーク部分（図示せず）に向かって進む。
【０１００】
アーク部分に到達した光束は、光路Ｒ４に示すように、アーク部分を通り抜けて、楕円鏡２２０に反射面２２２に向かって進み、反射面２２２によって反射される。上述したように、発光体２１０のアーク部分は、楕円鏡２２０の第１の焦点であるため、反射面２２２によって反射された光束は、光路Ｒ５及びＲ６に示すように、反射ミラー２３０を介して、楕円鏡２２０の第２の焦点であるロッド２４０の光源像共役面（図示せず）に向かって進む。すなわち、アーク部分に到達した光束は、光路Ｒ４に示すように、楕円鏡２２０の反射面２２２に向かって進み、反射面２２２によって反射されて、光路Ｒ５に示すように、再び、反射ミラー２３０に向かって進む。反射ミラー２３０に到達した光束は、反射ミラー２３０によって反射されて、ロッド２４０の入射面２４２に向かって進み、ロッド２４０に進入する。
【０１０１】
このように、第１の反射手段２４６の反射部２４６ａ及び２４６ｂによって反射された光束は、ロッド２４０の入射面２４２と、集光光学系である楕円鏡２２０と、を介して光源である発光体２１０のアーク部分に至る。さらに、その後、光束は、楕円鏡２２０を介して、再び、ロッド２４０の入射面２４２に導かれて、ロッド２４０の内部を進む。
上述したように、通過部２４６ｃの形状は、被照射物体４０の照野の形状に適合するように定められた形状である。すなわち、反射部２４６ａと２４６ｂによって反射された光束は、本来、反射部２４６ａと２４６ｂがない場合には、被照射物体４０の照野に到達しなかった光束であり、被照射物体４０の照野の照射に寄与し得なかった光束である。この光束を反射部２４６ａと２４６ｂとによって反射し、再び、ロッド２４０に戻すことによって、被照射物体４０の照野に至らしめることができ、発光体２１０の出力や数を変更することなく、被照射物体４０の照野に照射する光束の照度を上げることができる。
【０１０２】
＜第２の反射手段２５０＞
［第２の反射手段２５０の構成］
図４は、第２の反射手段２５０の例を示す図である。図４（ａ）は、第２の反射手段２５０の正面図であり、図４（ｂ）は、第２の反射手段２５０の側面図である。なお、この第２の反射手段２５０を用いるときのロッドは、上述した第１の反射手段２４６で用いたものと同じロッド２４０である。また、この場合のロッド２４０の射出面２４４には、第１の反射手段２４６は形成されていない。
【０１０３】
この第２の反射手段２５０は、円板状のガラス板に誘電体を蒸着することによって形成される。なお、クロムやアルミ等の金属を蒸着して形成してもよいが、誘電体を蒸着したものが望ましい。誘電体を用いることによって、吸収を少なくして熱の発生を抑えることができる。さらに、ガラス板に蒸着するものは、光束を反射するものであればよいが、反射率が高く、かつ、熱によって反射率等が変化しにくいものが好ましい。
【０１０４】
なお、図４に示した第２の反射手段２５０は、平坦な円板状のものを示したが、曲面状のものを用いてもよい。例えば、ロッド２４０の射出面２４４から離隔した位置に、第２の反射手段を配置せざるを得ないような場合も想定される。ロッド２４０の射出面２４４からは、広がるように光束が射出される。このため、ロッド２４０の射出面２４４から離隔した位置で、ロッド２４０の射出面２４４に向かって光束を反射させるためには、広がりつつある光束が略垂直に反射するような曲面形状、例えば凹面形状を有する反射手段を用いるのが好ましい。
【０１０５】
さらに、第２の反射手段を、ロッド２４０とは別の光学素子、例えばレンズに形成してもよい。例えば、ロッド２４０の射出面２４４から離隔した位置に凹レンズを配置するような場合が想定される。このような場合には、凹レンズの一部に誘電体を蒸着して、凹レンズに第２の反射手段を形成することができる。この場合も、広がりつつある光束を略垂直に反射させて、ロッド２４０の射出面２４４に向かって戻すことができる。このようにしたときには、第２の反射手段をレンズと一体に形成することができるので、部品数を減らすことができるとともに、光路の調整を簡便なものにすることができる。
【０１０６】
第２の反射手段２５０は、反射部２５６ａと通過部２５６ｃとを有する。通過部２５６ｃは、スリットとして形成されている。なお、図４（ａ）に示した例では、反射部２５６ａと通過部２５６ｃとを明確に区別して示すために、反射部２５６ａに斜線を付して示した。
【０１０７】
第２の反射手段２５０は、ロッド２４０の射出面２４４に密接するように配置されている。具体的には、図２の位置Ｘ１に配置されている。通過部２５６ｃの形状は、矩形をしており、被照射物体４０の照野の形状に適合するように定められた形状である。
【０１０８】
反射部２５６ａは、ロッド２４０の射出面２４４から射出された光束を反射させて、再び、ロッド２４０に戻し、ロッド２４０の内部を通過させて、入射面２４２から射出させる。通過部２５６ｃは、射出面２４４から射出された光束を通過させる。
【０１０９】
このように、ロッド２４０と第２の反射手段２５０とを別体にすることで、ロッド２４０や第２の反射手段２５０の製造を容易にすることができる。例えば、ロッドに金属を蒸着する工程を省くことができたり、被照射物体４０の照野の形状に適合した形状の通過部２５６ｃを第２の反射手段２５０に容易に形成したりすることができる。
【０１１０】
［第２の反射手段２５０による光束の経路］
この第２の反射手段２５０を用いるときにも、ロッド２４０は、ロッド２４０の光源像共役面が、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に位置するように配置される。なお、ロッド２４０の光源像共役面が、第２の焦点と共役な点に位置するように、ロッド２４０を配置してもよい。本実施の形態では、上述したように、反射ミラー２３０を設けた構成としているので、ロッド２４０は、ロッド２４０の光源像共役面が、反射ミラー２３０を介して、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に位置するように配置されている。
【０１１１】
なお、楕円鏡２２０とロッド２４０との間に、リレー光学系（図示せず）を設けた構成としてもよい。この場合には、リレー光学系によって、楕円鏡２２０の第２焦点の位置が、ロッド２４０の照野共役面にリレーされるようにすればよい。さらに、光源共役の関係に着目した場合には、光源共役面が、ロッド２４０の入射面になるように、リレー光学系を構成して配置すればよい。このようなリレー光学系は、反射ミラー２３０によって集光された光束をロッド２４０に入射させるのに、適切な光束に変換する。
【０１１２】
第２の反射手段２５０によって辿る光束の経路は、第１の反射手段２４６によるものと同一である。即ち、発光体２１０のアーク部分から発せられた光束は、図２に示す光路Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ５に従って第２の反射手段２５０に至る。上述したように、第２の反射手段２５０は、図２の位置Ｘ１に配置されている。反射部２５６ａによって反射された光束は、光路Ｒ１→Ｒ２→Ｒ３→Ｒ４→Ｒ５→Ｒ６に従って、発光体２１０近傍まで戻る。第１の反射手段２４６で説明したように、発光体２１０のアーク部分は、楕円鏡２２０の第１の焦点であるため、反射面２２２によって反射された光束は、光路Ｒ５及びＲ６に示すように、反射ミラー２３０を介して、楕円鏡２２０の第２の焦点であるロッド２４０の入射面２４２に向かって進み、ロッド２４０の入射面２４２から入射される。一方、通過部２５６ｃに至った光束Ｓ１及びＳ２（図２参照）は、通過部２５６ｃを通過して被照射物体４０に向かって進む。
【０１１３】
このような構成としても、発光体２１０の出力や数を変更することなく、被照射物体４０の照野に照射する光束の照度を上げることができる。
【０１１４】
なお、上述した例では、第２の反射手段２５０が、ロッド２４０の射出面２４４に密接するように配置された場合を示したが、射出面２４４から離隔した位置に第２の反射手段２５０を配置してもよい。ただし、射出面２４４から離隔した位置に配置する場合には、被照射物体４０上に形成される照野に対して、光学的にほぼ共役な位置に第２の反射手段２５０を配置するのが望ましい。被照射物体４０上の照野に対して光学的にほぼ共役な位置には、射出面２４４の像が形成されるため、被照射物体４０の照野に照射される光束と、照野に照射され得ない光束と、を的確に分離することができ、照野に照射され得ない光束を第２の反射手段２５０によって反射させた後、再び、ロッド２４０の入射面２４２に入射させることができる。
【０１１５】
＜第３の反射手段２６６＞
［第３の反射手段２６６の構成］
図５は、第３の反射手段２６６の例（ｂ）と、この第３の反射手段２６６に用いるフライアイ２６０の例（ａ）を示す図である。なお、図５（ａ）は、第３の反射手段２６６とフライアイ２６０と示す側面図であり、図５（ｂ）は、第３の反射手段２６６とフライアイ２６０の入射面２６２とを示す正面図である。
【０１１６】
フライアイは、複数の単レンズが並列に配置されたレンズアレイであり、この第３の反射手段２６６に用いるフライアイ２６０は、長尺な形状を有する。図５（ａ）に示すように、フライアイ２６０は、その長手方向が、光束の進行方向に沿うように配置される。
【０１１７】
図５に示したフライアイ２６０の場合には、光束の進行方向に対して垂直な平面内に、横に４個、縦に４個の単レンズが並列に配置されている。単レンズの各々は、光束の進行方向に対して垂直な断面における断面形状がほぼ正方形の形状を有し、フライアイ２６０全体の断面もほぼ正方形である。
【０１１８】
フライアイ２６０は、入射面２６２と射出面とを有する。入射面２６２には、発光体２１０から発せられた光束が入射する。フライアイ２６０は、入射面２６２に入射された光束によって、被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するためのものである。フライアイ２６０の射出面２６４からは、このような光束が射出される。なお、ここで、入射面２６２は、フライアイ２６０の全体としての入射面であり、射出面２６４は、フライアイ２６０の全体としての射出面である。
【０１１９】
図５（ａ）に示すように、入射面２６２の前方には、第３の反射手段２６６が設けられている。なお、図５（ａ）の破線矢印で示すように、第３の反射手段２６６は、フライアイ２６０の入射面２６２に密接するように設けられる。
【０１２０】
この第３の反射手段２６６は、矩形の板状のガラス板に誘電体を蒸着することによって形成される。なお、クロムやアルミ等の金属を蒸着して形成してもよいが、誘電体を蒸着したものが望ましい。誘電体を用いることによって、吸収を少なくして熱の発生を抑えることができる。さらに、ガラス板に蒸着するものは、光束を反射するものであればよいが、反射率が高く、かつ、熱によって反射率等が変化しにくいものが好ましい。
【０１２１】
第３の反射手段２６６は、反射部２６６ａ、２６６ｂ、２６６ｃ、２６６ｄ及び２６６ｅと、通過部２６６ｆ、２６６ｇ、２６６ｈ及び２６６ｉと、を有する。
【０１２２】
上述した反射部２６６ａ、２６６ｂ、２６６ｃ、２６６ｄ及び２６６ｅの各々が、図５（ｂ）に示した横方向に並んだ４個の単レンズに重なるように、かつ、通過部２６６ｆ、２６６ｇ、２６６ｈ及び２６６ｉも、横方向に並んだ４個の単レンズに重なるように、第３の反射手段２６６は、フライアイ２６０の入射面２６２の前方に位置づけられている。また、図５（ｂ）に示した例では、反射部２６６ａ〜２６６ｅと、通過部２６６ｆ〜２６６ｉとを明確に区別して示すために、反射部２６６ａ〜２６６ｅに斜線を付して示した。
【０１２３】
単レンズの各々についての反射部と通過部は、例えば、図５（ｂ）に示す１つの単レンズ２６８に着目すると、単レンズ２６８の入射面の上側に反射部２６６ａが位置し、入射面の下側に反射部２６６ｂが位置している。この反射部２６６ａと反射部２６６ｂとの間に通過部２６６ｆが位置している。この単レンズ２６８についての通過部２６６ｆが被照射物体４０の照野の形状に適合するように、反射部２６６ａと反射部２６６ｂとが形成されている。すなわち、フライアイ２６０を構成する単レンズの各々についての通過部が、被照射物体４０の照野の形状に適合するように、反射部が形成されている。
【０１２４】
フライアイ２６０を構成する全ての単レンズの入射面に、このような反射部と通過部とが位置し、フライアイ２６０全体について、上述した反射部２６６ａ〜２６６ｅと、通過部２６６ｆ〜２６６ｉとなる。
【０１２５】
反射部２６６ａ〜２６６ｅは、反射部２６６ａ〜２６６ｅに至った光束を反射させて、再び、楕円鏡２２０に向かうように戻す。一方、通過部２６６ｆ〜２６６ｉを通過した光束は、フライアイ２６０の入射面２６２に入射される。
【０１２６】
［第３の反射手段２６６による光束の経路］
以下では、第３の反射手段２６６によって反射された光束が辿る経路を図６を用いて説明する。なお、図６に示した光路は、発光体２１０から発せられ光束のうちの代表的な１つの光線について示したものである。図６では、発光体２１０から発せられて反射部２６６ａ〜２６６ｅに至るまでの光路を実線Ｐ１〜Ｐ３で示し、反射部２６６ａ〜２６６ｅによって反射されて戻る光路を破線Ｒ１’〜Ｒ５’で示した。なお、上述したように、第３の反射手段２６６は、フライアイ２６０の入射面２６２に密接するように設けられているが、明確に示すために、図６では、第３の反射手段２６６をフライアイ２６０に対して離隔した位置に示した。また、図６では、図２と同様の構成要素には、同一の符号を付して示した。
【０１２７】
この第３の反射手段２６６を用いるときには、フライアイ２６０は、フライアイ２６０の光源共役面が、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に位置するように配置される。なお、フライアイ２６０の光源共役面が、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点と共役な点に位置するように、フライアイ２６０を配置してもよい。本実施の形態では、上述したように、反射ミラー２３０を設けた構成としているので、フライアイ２６０は、フライアイ２６０の光源共役面が、反射ミラー２３０を介して、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に位置するように配置されている。
【０１２８】
なお、楕円鏡２２０とフライアイ２６０との間に、リレー光学系（図示せず）を設けた構成としてもよい。この場合には、リレー光学系によって、楕円鏡２２０の第２焦点の位置が、フライアイ２６０の照野共役面にリレーされるようにすればよい。さらに、光源共役の関係に着目した場合には、光源共役面が、フライアイ２６０の射出面になるように、リレー光学系を構成して配置すればよい。このようなリレー光学系は、反射ミラー２３０によって集光された光束を、ロッド２４０に入射させるのに、適切な光束に変換する。
【０１２９】
まず、発光体２１０のアーク部分から発せられた光束は、光路Ｐ１に示すように、楕円鏡２２０の反射面２２２に到達する。光束は、反射面２２２によって反射されて、光路Ｐ２に示すように、反射ミラー２３０に至る。光束は、反射ミラー２３０によって反射されて、光路Ｐ３に示すように、第３の反射手段２６６に到達する。
【０１３０】
第３の反射手段２６６の通過部２６６ｆ〜２６６ｉに到達した光束は、通過部２６６ｆ〜２６６ｉを通過して、フライアイ２６０の入射面２６２に至る。フライアイ２６０の内部を射出面２４４に向かって進む。フライアイ２６０は、フライアイ２６０の内部に進入した光束によって、被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するためのものである。フライアイ２６０の射出面２６４からは、このような光束が射出される。
【０１３１】
一方、第３の反射手段２６６の反射部２６６ａ〜２６６ｅに到達した光束は、反射部２６６ａ〜２６６ｅによって反射されて、光路Ｒ１’に示すように、反射ミラー２３０に至る。光束は、反射ミラー２３０によって反射されて、光路Ｒ２’に示すように、楕円鏡２２０の反射面２２２に向かって進む。反射面２２２に到達した光束は、反射面２２２によって反射されて、光路Ｒ３’に示すように、発光体２１０のアーク部分（図示せず）に向かって進む。
【０１３２】
アーク部分に到達した光束は、光路Ｒ３’に示すように、アーク部分を通り抜けて、楕円鏡２２０に反射面２２２に向かって進み、反射面２２２によって反射される。上述したように、発光体２１０のアーク部分は、楕円鏡２２０の第１の焦点であるため、反射面２２２によって反射された光束は、光路Ｒ４’及びＲ５’に示すように、反射ミラー２３０を介して、楕円鏡２２０の第２の焦点であるフライアイ２６０の光源共役面に向かって進む。すなわち、アーク部分に到達した光束は、光路Ｒ３’に示すように、楕円鏡２２０の反射面２２２に向かって進み、反射面２２２によって反射されて、光路Ｒ４’に示すように、再び、反射ミラー２３０に向かって進む。反射ミラー２３０に到達した光束は、反射ミラー２３０によって反射されて、光路Ｒ５’に示すように、第３の反射手段２６６に向かって進み、第３の反射手段２６６の通過部２６６ｆ〜２６６ｉを通過した光束は、フライアイ２６０に進入することができる。
【０１３３】
このように、第３の反射手段２６６の反射部２６６ａ〜２６６ｅによって反射された光束は、集光光学系である楕円鏡２２０を介して光源である発光体２１０のアーク部分に至る。さらに、その後、光束は、楕円鏡２２０を介して、再び、第３の反射手段２６６に向かって進み、第３の反射手段２６６の通過部２６６ｆ〜２６６ｉを通過した光束は、フライアイ２６０に進入する。
【０１３４】
上述したように、通過部２６６ｆ〜２６６ｉの単レンズについての形状は、被照射物体４０の照野の形状に適合するように定められた形状である。すなわち、反射部２６６ａ〜２６６ｅによって反射された光束は、本来、反射部２６６ａ〜２６６ｅがない場合には、被照射物体４０の照野に到達しなかった光束であり、被照射物体４０の照野の照射に寄与し得なかった光束である。この光束を反射部２６６ａ〜２６６ｅによって反射し、再び、フライアイ２６０に戻すことによって、被照射物体４０の照野に至らしめることができ、発光体２１０の出力や数を変更することなく、被照射物体４０の照野に照射する光束の照度を上げることができる。
【０１３５】
＜第４の反射手段２７６＞
上述した第１の反射手段２４６及び第２の反射手段２５０は、オプティカルインテグレータであるロッド２７０の射出面に、これらの反射手段を形成したり、配置したりするものである。また、第３の反射手段２６６は、オプティカルインテグレータであるフライアイ２６０の入射面に、反射手段を形成したり、配置したりするものである。これらに加えて、ロッドの入射面に反射手段を形成したり設けたりする例を第４の反射手段２７６として、以下に説明する。
【０１３６】
図７は、第４の反射手段２７６と、この第４の反射手段２７６に用いるロッド２７０とを示す図である。
【０１３７】
このロッド２７０は、光束の進行方向に沿って長尺な形状を有するともに、その長手方向に対して垂直な断面の形状は、矩形である。断面の形状は、被照射物体４０の照野の形状に適合するように定められた形状である。
【０１３８】
第４の反射手段２７６は、第２の反射手段２５０と同様の形状をしており、円板状のガラス板に誘電体を蒸着することによって形成される。なお、クロムやアルミ等の金属を蒸着して形成してもよいが、誘電体を蒸着したものが望ましい。誘電体を用いることによって、吸収を少なくして熱の発生を抑えることができる。さらに、ガラス板に蒸着するものは、光束を反射するものであればよいが、反射率が高く、かつ、熱によって反射率等が変化しにくいものが好ましい。第４の反射手段２７６は、反射部２７６ａと通過部２７６ｃとを有する。通過部２７６ｃは、スリットとして形成されている。
【０１３９】
第４の反射手段２７６は、図７の破線矢印で示すように、ロッド２７０の入射面２７２に密接するように配置される。具体的には、図２の位置Ｘ２に配置されている。通過部２７６ｃの形状は、矩形をしており、ロッド２７０の断面、すなわち、被照射物体４０の照野の形状に適合するように定められた形状である。また、第４の反射手段２７６の大きさは、発光体２１０から発せられ、反射ミラー２３０によって反射された光束の全体が、第４の反射手段２７６の全面（反射部２７６ａ及び通過部２７６ｃ）に照射されるような大きさである。
【０１４０】
反射部２７６ａは、発光体２１０から発せられ、反射ミラー２３０によって反射されて、反射部２７６ａに照射された光束を反射させて、再び、反射ミラー２３０を介して、発光体２１０近傍に向かって戻す。一方、通過部２７６ｃは、反射ミラー２３０によって反射された光束を通過させ、通過部２７６ｃを通過した光束は、ロッド２７０の入射面２７２に光束を入射する。
【０１４１】
このように、ロッド２７０と第４の反射手段２７６とを別体にすることで、ロッド２７０や第４の反射手段２７６の製造を容易にすることができる。例えば、ロッドに金属を蒸着する工程を省くことができたり、被照射物体４０の照野の形状に適合した形状の通過部２７６ｃを第４の反射手段２７６に容易に形成したりすることができる。
【０１４２】
また、ロッド２７０の入射面２７２は、ロッド２７０の射出面２７４に対して共役な位置ではないが、このような構成とすることで、ロッド２７０に入射しない光束を、発光体２１０近傍に向かって戻すことによって、このような光束を活用することができる。
【０１４３】
すなわち、反射部２７６ａによって反射された光束は、反射部２７６ａが存在しない場合には、ロッド２７０に入射されることがなく、被照射物体４０の照野に到達しなかった光束であり、被照射物体４０の照野の照射に寄与し得なかった光束である。反射部２７６ａを設けたことにより、このような光束を反射部２７６ａによって反射し、再び、ロッド２７０に戻すことによって、被照射物体４０の照野に至らしめることができる。このように、照野の照射に寄与し得なかった光束を活用して、発光体２１０の出力や数を変更することなく、被照射物体４０の照野に照射する光束の照度を上げることができる。
【０１４４】
＜＜導光手段＞＞
＜レンズ系２９０＞
図１に示すように、上述したロッド２４０の射出面２４４、ロッド２７０の射出面２７４、又はフライアイ２６０の射出面２６４から発せられた光束の進行方向には、レンズ系２９０が配置されている。なお、レンズ系２９０は、少なくとも１枚以上のレンズからなり、図１では、レンズ系２９０を代表するものとして、１枚のレンズのみを示した。このレンズ系２９０は、ロッド２４０の射出面２４４、ロッド２７０の射出面２７４、又はフライアイ２６０の射出面２６４の像を拡大して、これらの射出面の像を被照射物体４０に投影するためのものである。レンズ系２９０は、リレーレンズであり、被照射物体４０の近傍で、光束がテレセントリックになるように光束を変換する。なお、レンズ系２９０は、被照射物体４０に形成する照野の大きさや照野までの距離等に応じて適宜省略してもよい。
【０１４５】
＜プリズム３１０＞
レンズ系２９０から発せられた光束は、プリズム３１０に入射される。プリズム３１０は、光束を反射させて斜め下方に導くためのものである。
【０１４６】
＜λ／４波長板３２０＞
プリズム３１０によって導かれた光束は、λ／４波長板３２０に入射する。λ／４波長板３２０は、通過する光束の位相をπ／２だけ遅らせた光波を射出する。なお、λ／４波長板３２０の詳細については、後述する第２の実施の形態で説明する。また、本実施の形態では、λ／４波長板３２０を用いたが、λ／４波長板３２０に限らず、所定方向の直線偏光の位相を所望する角度ωだけ遅らせる光学リターダーを用いることができる。
【０１４７】
＜偏光フィルター３３０＞
偏光フィルター３３０は、入射した光束のうち、Ｐ偏光の光束のみを透過させ、Ｓ偏光の光束を反射する。ここで、Ｐ偏光とは、光の振動面が入射面と平行な直線偏光をいい、Ｓ偏光は、光の振動面が入射面と垂直な直線偏光をいう。
【０１４８】
偏光フィルター３３０を透過した光束は、被照射物体４０に向かって射出され、被照射物体４０に照射される。
【０１４９】
＜＜照明装置１０の概要＞＞
上述した構成により、以下のような発光体２１０から発せられた光束を被照射物体４０に照射する照明装置１０を提供することができる。
【０１５０】
この照明装置１０は、楕円鏡２２０等の集光光学系と、ロッド２４０等のオプティカルインテグレータと、第１の反射手段２４６又は第２の反射手段２５０等の反射手段と、を含む。
【０１５１】
楕円鏡２２０等の集光光学系は、発光体２１０から発せられた光束を集光する。
【０１５２】
ロッド２４０等のオプティカルインテグレータは、入射面と射出面とを有する。入射面には、楕円鏡２２０等の集光光学系によって集光された光束が入射する。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するためのものである。オプティカルインテグレータの射出面からは、被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するための光束が射出される。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって照野を均一に照明できるものであればよい。オプティカルインテグレータを用いることで、照度にむらがない均一の光束を射出面から射出し、被照射物体に照射することができる。
【０１５３】
第１の反射手段２４６又は第２の反射手段２５０等の反射手段は、上述したオプティカルインテグレータの射出面近傍に配置されている。または、この反射手段を、被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置してもよい。反射手段は、通過部と反射部とを有する。通過部は、オプティカルインテグレータの射出面から射出された光束の一部を通過させる。反射部は、通過部から通過しなかった残りの光束を反射させる。
【０１５４】
第１の反射手段２４６又は第２の反射手段２５０等の反射手段の通過部を透過した光束を、被照射物体４０へ導き、被照射物体４０上に照野を形成させる。一方、反射手段によって反射された光束を、オプティカルインテグレータの入射面と、集光光学系とを介して発光体２１０近傍に至らしめる。
【０１５５】
また、上述した構成により、以下のような発光体２１０から発せられた光束を被照射物体４０に照射する照明装置１０を提供することもできる。
【０１５６】
この照明装置１０は、楕円鏡２２０等の集光光学系と、第３の反射手段２６６や第４の反射手段２７６等の反射手段と、フライアイ２６０やロッド２７０等のオプティカルインテグレータと、を含む。
【０１５７】
楕円鏡２２０等の集光光学系は、発光体２１０から発せられた光束を集光する。
【０１５８】
第３の反射手段２６６や第４の反射手段２７６等の反射手段は、上述した楕円鏡２２０等の集光光学系と、後述するフライアイ２６０やロッド２７０等のオプティカルインテグレータとの間に配置されている。この反射手段は、通過部と反射部とを有する。通過部は、集光光学系によって集光された光束の一部を通過させる。通過部を通過した光束は、オプティカルインテグレータの入射面に入射する。反射部は、通過部から通過しなかった残りの光束を反射させる。
【０１５９】
フライアイ２６０やロッド２７０等のオプティカルインテグレータは、入射面と射出面とを有する。入射面には、反射手段の通過部を通過した光束が入射する。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するためのものである。オプティカルインテグレータの射出面からは、被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するための光束が射出される。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって照野を均一に照明できるものであればよい。
【０１６０】
フライアイ２６０やロッド２７０等のオプティカルインテグレータの入射面から射出された光束を、被照射物体４０へ導き、被照射物体４０上に照野を形成させる。一方、第３の反射手段２６６第４の反射手段２７６等の反射手段によって反射された光束を、楕円鏡２２０等の集光光学系を介して発光体２１０近傍に至らしめる。
【０１６１】
＜＜＜第２の実施の形態＞＞＞
図８は、本発明に係る第２の実施の形態の照明装置１０’の概略を示す図である。なお、図８に示した図では、第１の実施の形態と同様の構成には、同一の符号を付して示した。
【０１６２】
第２の実施の形態では、発光体２１０からなる光源と、楕円鏡２２０からなる集光光学系と、反射ミラー２３０と、レンズ系２９０と、プリズム３１０と、λ／４波長板３２０と、偏光フィルター３３０と、は第１の実施の形態と同様の構成である。
【０１６３】
発光体２１０から発せられた光束の光路を、図８を用いて説明する。なお、図８に示した光路も、図１又は図２と同様に、発光体２１０から発せられる光束のうち１つの光線の光路について示した。
【０１６４】
発光体２１０のアーク部分から発せられた光束は、光路Ｐ１１に示すように、楕円鏡２２０の反射面２２２に到達する。光束は、反射面２２２によって反射されて、光路Ｐ１２に示すように、反射ミラー２３０に至る。光束は、反射ミラー２３０によって反射されて、光路Ｐ１３に示すように、ロッド２８０の入射面２８２に到達し、ロッド２８０の内部に進入する。ロッド２８０の内部では、光路Ｐ１３及びＰ１４に示すように、ロッド２８０の側面によって反射しながらロッド２８０の射出面２８４に向かって進み、射出面２８４から射出される。射出された光束は、光路Ｐ１４に示すように、レンズ系２９０に入射する。レンズ系２９０によって平行光に変換された光束は、光路Ｐ１５に示すように、プリズム３１０に至り、プリズム３１０によって反射された光束は、光路Ｐ１６に示すように、λ／４波長板３２０と偏光フィルター３３０とを介して、被照射物体４０に照射される。
【０１６５】
上述した第１の実施の形態で説明したように、偏光フィルター３３０においては、偏光フィルター３３０に入射した光束のうち、Ｐ偏光の光束のみが透過され、Ｓ偏光の光束は反射される。したがって、被照射物体４０には、Ｐ偏光の光束のみが照射される。
【０１６６】
この第２の実施の形態では、後述するように、偏光フィルター３３０で反射されたＳ偏光の光束を反射させて活用するものである。
【０１６７】
以下では、第１の実施の形態と相違するオプティカルインテグレータと、反射手段とについて説明する。
【０１６８】
＜＜オプティカルインテグレータ＞＞
オプティカルインテグレータは、入射面と射出面とを有する。入射面には、集光光学系によって集光された光束が入射する。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するためのものである。オプティカルインテグレータの射出面からは、被照射物体４０上に形成される照野を均一に照明するための光束が射出される。オプティカルインテグレータは、入射面に入射された光束によって照野を均一に照明できるものであればよい。
【０１６９】
オプティカルインテグレータは、オプティカルインテグレータの光源像共役面が、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に、又は第２の焦点と共役な点に、位置するように配置される。本実施の形態では、上述したように、反射ミラー２３０を設けた構成としているので、オプティカルインテグレータは、オプティカルインテグレータの光源像共役面が、反射ミラー２３０を介して、光学的に楕円鏡２２０の第２の焦点に、又は第２の焦点と共役な点に、位置するように配置されている。
【０１７０】
このようにオプティカルインテグレータを配置したことにより、発光体２１０から発せられた光束は、楕円鏡２２０の反射面２２２によって、オプティカルインテグレータの入射面に導かれる。
【０１７１】
オプティカルインテグレータは、被照射物体４０の照野に均一な照度の光を照射するために用いられる。さらに、発光体２１０に色むらがある場合や、発光体２１０のアークにちらつきがある場合でも、被照射物体４０の照野における色むらやちらつきを低下させることができる。
【０１７２】
オプティカルインテグレータは、後述するように、ロッド２８０からなる。
【０１７３】
なお、この第２の実施の形態では、後述する偏光フィルター３３０は、被照射物体４０に形成する照野の大きさや照野までの距離や、偏光フィルター３３０大きさや距離等に応じて適宜省略してもよい。
【０１７４】
＜ロッド２８０＞
第２の実施の形態では、オプティカルインテグレータとして直方体のロッド２８０を用いることができる。ロッド２８０は、被照射物体４０の照野の形状に適合させた断面形状を有する。例えば、被照射物体４０の照野の形状が矩形の場合には、その矩形に応じた断面形状を有するロッドが用いられる。
【０１７５】
図８に示すように、ロッド２８０は、発光体２１０から発せられた光束が入射する入射面２８２と、ロッド２８０の内部で均一化された光束が射出される射出面２８４とを有する。ロッド２８０は、入射した光束の角度成分を内部で混ぜ合わせ、ロッド２８０の射出面２８４で照度が均一化される。さらに、ロッド２８０は、色むら、ちらつきなどを低減することもできる。
【０１７６】
なお、この第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、ロッド２８０の入射面２８２又は射出面２８４には、反射手段は形成されたり、設けられたりしない。
【０１７７】
＜＜反射手段＞＞
上述した第１の実施の形態と同様に、第２の実施の形態の照明装置１０’でも、偏光フィルター３３０が設けられている。上述したように、偏光フィルター３３０は、入射した光束のうち、Ｐ偏光の光束のみを透過させ、Ｓ偏光の光束を反射する。偏光フィルター３３０を透過した光束は、被照射物体４０に向かって射出され、被照射物体４０に照射される。なお、ここでも、Ｐ偏光とは、光の振動面が入射面と平行な直線偏光をいい、Ｓ偏光は、光の振動面が入射面と垂直な直線偏光をいう。
【０１７８】
第２の実施の形態の照明装置１０’では、偏光フィルター３３０によって反射されたＳ偏光の光束を活用するものであり、Ｓ偏光の光束を反射する反射手段を有する。反射手段は、図８に示すように平面鏡３４０ａと３４０ｂとからなる。なお、後述するように、平面鏡３４０ａは、光路を単に変更するために光束を反射させるためのものであり、光束を元の光路に対して逆向きに戻すための反射手段は、平面鏡３４０ｂのみである。
【０１７９】
＜平面鏡３４０ａ、３４０ｂ＞
図８に示すように、偏光フィルター３３０によって反射されたＳ偏光の光束は、光路Ｓ１に示すように、図８の左下方に向かって進む。導光部３０の底部には平面鏡３４０ａが設けられており、平面鏡３４０ａによってＳ偏光の光束は、進行方向を変え、光路Ｓ２に示すように、左上方向に向かって進む。平面鏡３４０ａに対して左上方の位置に、平面鏡３４０ｂが設けられている。平面鏡３４０ｂは、平面鏡３４０ｂの法線方向が、Ｓ偏光の光束の主光線と平行になるように配置されている。平面鏡３４０ｂによって、Ｓ偏光の光束は、逆向きに反射されて、光路Ｒ１１及びＲ１２に示すように、平面鏡３４０ａを介して、偏光フィルター３３０まで戻る。
【０１８０】
偏光フィルター３３０に戻った光束もＳ偏光の光束であるので、偏光フィルター３３０によって反射される。この反射によって、光路Ｒ１３に示すように、元の光路Ｐ１６とは逆向きの光路で、λ／４波長板３２０を介して、プリズム３１０まで戻る。その後、元の光路Ｐ１１〜Ｐ１５と逆向きの光路で、発光体２１０近傍まで戻る。
【０１８１】
なお、発光体２１０まで戻った光束は、再び、楕円鏡２２０、反射ミラー２３０、ロッド２８０、レンズ系２９０、プリズム３１０、λ／４波長板３２０、偏光フィルター３３０を介して、被照射物体４０へ照射される。
【０１８２】
上述したように、λ／４波長板３２０は、通過する光束の位相をπ／２だけ遅らせる。水銀ランプ等からなる発光体２１０から発せられた光束は、電場ベクトルの方向がランダムに変動するランダム偏光であるため、発光体２１０からλ／４波長板３２０へ直接至った光束の全ては、位相がπ／２だけ遅れるため、光束全体としては、λ／４波長板３２０の通過前後で変化していないとみなすことができる。
【０１８３】
しかし、偏光フィルター３３０によって反射された光束は、Ｓ偏光の光束であり、平面鏡３４０ｂによって反射されて、発光体２１０近傍に向かって戻るときに、光路Ｒ１３で、λ／４波長板３２０を通過する。このとき、Ｓ偏光の光束は、λ／４波長板３２０によって、円偏光の光束となる。さらに、この円偏光の光束は、上述したように、再び、被照射物体４０に向かうときに、光路Ｐ１６で、λ／４波長板３２０を通過する。このとき、円偏光の光束は、さらにπ／２だけ遅れ、元の光束に対して位相がπだけ遅れ、Ｐ偏光の光束に変換される。Ｐ偏光に変換された光束は、偏光フィルター３３０を通過することができるので、被照射物体４０へ照射されることになる。
【０１８４】
このような構成としたことにより、発光体２１０から発せられたランダム偏光の光束の全てをＰ偏光に変換することができるとともに、発光体２１０の出力や数を変更することなく、被照射物体４０の照野への照度を上げることができる。
【０１８５】
なお、上述した図８に示した例では、λ／４波長板３２０を用いて、Ｓ偏光の光束をＰ偏光に変換できる場合を示したが、発光体２１０と偏光フィルター３３０との間には、種々の光学素子があるため、λ／４波長板３２０を用いることで常にＳ偏光の光束をＰ偏光に変換できるわけではない。
【０１８６】
このような場合には、λ／４波長板ではなく、所定方向の直線偏光の位相を所望する角度ωだけ遅らせる光学リターダーを用いて、Ｓ偏光の光束をＰ偏光に変換するものが好ましい。
【０１８７】
すなわち、偏光フィルター３３０によって反射された光束は、Ｓ偏光の光束であり、平面鏡３４０ｂによって反射されて、発光体２１０近傍に向かって戻るときに、光路Ｒ１３で、光学リターダーを通過する。さらに、この光束は、再び、被照射物体４０に向かうときに、光路Ｐ１６で、光学リターダーを通過する。光学リターダーの角度ωは、光学リターダーを２回通過することによって、Ｓ偏光の光束がＰ偏光に変換されるようなものを選択すればよい。
【０１８８】
また、上述した図８に示した例では、反射手段として、２つの平面鏡３４０ａと３４０ｂとからなる場合を示したが、平面鏡３４０ａは、偏光フィルター３３０から平面鏡３４０ｂまでの距離を、偏光フィルター３３０から被照射物体４０までの距離に一致させるためのものであり、偏光フィルター３３０から被照射物体４０までの距離が短いような場合には、平面鏡３４０ａを設けることなく、１つの平面鏡３４０ｂのみの構成にして、Ｓ偏光の光束を反射させることができる。
【０１８９】
＜凹面鏡＞
また、上述した図８に示した例では、平面状の反射面を有する平面鏡３４０ｂを用いて、偏光フィルター３３０によって反射されたＳ偏光の光束を反射させる場合を示した。これは、被照射物体４０へ照射する光束を、レンズ系２９０によってテレセントリックにしているため、平面鏡３４０ｂに到達する光束もテレセントリックになっており、平面状の反射面で反射させればよいからである。したがって、被照射物体４０へ照射する光束を、テレセントリックにしない場合には、それに応じた曲面を有する反射鏡を、平面鏡３４０ｂの替わりに用いることで、偏光フィルター３３０によって反射されたＳ偏光の光束を反射させて、偏光フィルター３３０に向かって戻すことができる。
【０１９０】
＜＜作用＞＞
上述した構成により、以下のような発光体２１０から発せられた光束を被照射物体４０に照射する照明装置１０’を提供することができる。
【０１９１】
この照明装置１０’は、楕円鏡２２０等の集光光学系と、偏光フィルター３３０等の偏光手段と、平面鏡３４０ｂ等の反射手段と、を含む。
【０１９２】
楕円鏡２２０等の集光光学系は、発光体２１０から発せられた光束を集光する。
【０１９３】
偏光フィルター３３０等の偏光手段は、集光光学系によって集光された光束を、第１の直線偏光成分の第１偏光光束と、第２の直線偏光成分の第２偏光光束と、に分離する。第１偏光光束は、偏光手段を通過する成分の光束であり、被照射物体４０の照野に照射される。第２偏光光束は、偏光手段によって反射される成分の光束であり、後述する反射手段によって反射される。
【０１９４】
平面鏡３４０ｂ等の反射手段は、第２偏光光束を反射する。上述したように、第２偏光光束は、偏光フィルター３３０等の偏光手段によって反射される成分の光束である。なお、反射手段は、被照射物体上に形成される照野に対して光学的にほぼ共役な位置に配置される。例えば、反射手段が配置される位置は、偏光手段から反射手段までの距離が、偏光手段から被照射物体４０までの距離に適合するようにすればよい。特に、偏光手段から反射手段までの距離が、偏光手段から被照射物体４０までの距離と一致するように、反射手段を配置するのが好ましい。
【０１９５】
第１偏光光束を、被照射物体４０へ導き、被照射物体４０上に照野を形成させる。上述したように、第１偏光光束は、偏光フィルター３３０等の偏光手段を通過する成分の光束であり、被照射物体４０に至ることができる。
【０１９６】
一方、反射手段によって反射された第２偏光光束を、集光光学系を介して発光体２１０近傍に至らしめる。反射手段によって反射された第２偏光光束が、発光体２１０近傍に至るには、集光光学系を介した光路であれば、いかなる光路を辿っても光源近傍に至ればよい。反射手段によって反射された第２偏光光束を、上述した集光光学系によって発光体２１０近傍に集光させることで、発光体２１０近傍に至らしめるものが好ましい。
【０１９７】
したがって、上述した集光光学系は、光源から発せられた光束を偏光フィルター３３０等の偏光手段に導くとともに、反射手段によって反射された第２偏光光束を発光体２１０近傍に集光させるものが好ましい。
【０１９８】
また、照明装置１０’は、光学リターダーをさらに含むものが好ましい。この光学リターダーは、所定方向の直線偏光の位相を所定の角度ωだけ遅らせる。この角度ωは、光学リターダーを２回通過させることにより、第２偏光光束を第１偏光光束に最も多く変換できるものを選択するのが好ましい。なお、第２偏光光束の大部分が、実質的に第１偏光光束に変換されれば望ましい。また、変換後に第１の直線偏光成分でない楕円偏光が含まれていても、第１の直線偏光成分とみなせるものに変換されればよい。
【０１９９】
反射手段によって反射された第２偏光光束は、発光体２１０近傍に戻るときに、λ／４波長板３２０を１回通過し、発光体２１０近傍に戻った第２偏光光束は、集光光学系によって集光されて、オプティカルインテグレータの入射面２８２に入射して、光学リターダーを再び通過する。このように、反射手段によって反射された第２偏光光束は、光学リターダーを２回通過する。この２回の通過によって、第２偏光光束は第１偏光光束へ変換されるので、第２偏光光束であった光束も、上述した偏光手段を通過させて被照射物体４０に照射させることができ、被照射物体４０に照射される光束の照度の向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】第１の実施の形態による照明装置の概要を示す図である。
【図２】光源、集光光学系、及びオプティカルインテグレータの配置、並びに光路を示す図である。
【図３】第１の反射手段２４６の例（ｂ）と、この第１の反射手段２４６に用いるロッド２４０の例（ａ）を示す図である。
【図４】第２の反射手段２５０の例を示す図である。
【図５】第３の反射手段２６６の例（ｂ）と、この第３の反射手段２６６に用いるフライアイ２６０の例（ａ）を示す図である。
【図６】第３の反射手段２６６とフライアイ２６０とを用いたときの光源、集光光学系、及びフライアイ２６０の配置、並びに光路を示す図である。
【図７】第４の反射手段２７６と、この第４の反射手段２７６に用いるロッド２７０とを示す図である。
【図８】第２の実施の形態による照明装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
【０２０１】
４０  被照射物体
２１０  発光体（光源）
２２０  楕円鏡（集光光学系）
２４０  ロッド（オプティカルインテグレータ）
２４２  入射面
２４４  射出面
２４６  第１の反射手段（反射手段）
２４６ａ及び２４６ｂ  通過部
２４６ｃ  反射部
２５０  第２の反射手段（反射手段）
２５６ａ  反射部
２５６ｃ  通過部
２６０  フライアイ（オプティカルインテグレータ）
２６６  第３の反射手段（反射手段）
２６６ａ、２６６ｂ、２６６ｃ、２６６ｄ、２６６ｅ  反射部
２６６ｆ、２６６ｇ、２６６ｈ、２６６ｉ  通過部
２７０  ロッド（オプティカルインテグレータ）
２７６  第４の反射手段（反射手段）
２７６ａ  反射部
２７６ｃ  通過部
２８０  ロッド（オプティカルインテグレータ）
３２０  λ／４波長板
３４０ｂ  平面鏡（反射手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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